Windows CE6.0启动过程分析 在Windows CE 6.0中，内核（Kenerl）和OEM代码被分成oal.exe、kernel.dll和kitl.dll三个部分，其中启动代码（startup）和 OAL层的实现部分不再与内核链接生成NK.exe，取而代之的是启动代码（startup）和硬件相关且独立于内核的OAL层的实现部分编译成 oal.exe，而与内核相关且独立于硬件的OAL层代码包含在kernel.dll中；内核无关传输层（KITL）的支持代码从OAL层分离出来编译成 kitl.dll。 从表面上看，好像只是代码重新组合了一下，从帮助 文档中BSP的移植过程看好像也是这么一回事，实际上，整个Windows CE 6.0内核布局发生了很大的改变。Windows CE 6.0的启动过程也是如此，如果你想按照Windows CE 5.0的启动顺序去分析Windows CE 6.0的启动顺序，可能会走到一个死胡同。主要是因为Windows CE 6.0在启动过程中调用了kernel.dll和kitl.dll两个动态链接库的原因，而且Windows CE6.0不再编译生成KernKitlProf.exe内核文件。 从Windows CE 6.0的帮助文档可以看出，WinCE6.0的启动只与oal.exe和kernel.dll有关，至于kitl.dll，只有将操作系统编译成具有 KITL功能时才用到。分析Windows CE 6.0的启动过程实际上找到编译oal.exe和kernel.dll的源码位置。 首先看一下将WinCE6.0编译成诸如 WinCE5.0所说的基本内核情况，即kern.exe。对于oal.exe源码位置比较容易找到，因为oal.exe是启动代码与硬件相关的OAL层 实现文件编译而成，所以只需在BSP的OAL目录中便能找到。而对于kernel.dll，在BSP目录结构中，基本上无法找到kernel.dll的编 译文件，所以必须从其他方面着手。 下面为WinCE 6.0的编译日志输出文件：makeimg.out在文件复制过程的一部分： Copying E:\WINCE600\OSDesigns\xsbase270\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release\oal.exe to E:\WINCE600\OSDesigns\xsbase270\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release\nk.exe for debugger Copying E:\WINCE600\OSDesigns\xsbase270\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release\kern.dll to E:\WINCE600\OSDesigns\xsbase270\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release\kernel.dll for debugger 从日志输出文件可以看出，在文件复制过程 中，WinCE6.0编译器将oal.exe更名为nk.exe，而将kern.dll文件更名为kernel.dll，也就是说，kern.dll文件 的实现部分就是kernel.dll的实现体。根据前面的分析，oal.exe是与硬件相关独立于内核的OAL层的实现部分，而kernel.dll为内 核相关独立于硬件的OAL层的实现部分。同样可以从最后整合后的二进制配置文件ce.bib文件中看出端倪。 ; @CESYSGEN IF CE_MODULES_NK nk.exe E:\WINCE600\OSDesigns\xsbase270\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release\oal.exe NK SHZ kitl.dll E:\WINCE600\OSDesigns\xsbase270\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release\kitl.dll NK SHZ kernel.dll E:\WINCE600\OSDesigns\xsbase270\xsbase270\RelDir\XSBase270_ARMV4I_Release\kern.dll NK SHZ ; @CESYSGEN ENDIF 而kern.dll动态库在整个Windows CE6.0中没有显式编译过程，即没有一个sources文件有kern.dll的编译过程，所以只能从操作系统的编译文件Makefile中寻找其编译 过程。下面看一下$(_PUBLICROOT)\common\CESYSGEN\makefile中的部分内容： nk::$(NK_COMPONENTS) $(NK_REPLACE_COMPONENTS) @copy $(SG_INPUT_LIB)\oemstub.pdb $(SG_OUTPUT_OAKLIB) @copy $(SG_INPUT_LIB)\oemstub.lib $(SG_OUTPUT_OAKLIB) set TARGETTYPE=DYNLINK set TARGETNAME=kern set RELEASETYPE=OAK set DLLENTRY=NKStartup set DEFFILE=NO_DEF_FILE set TARGETLIBS= set SOURCELIBS=%%NKLIBS%% $(SG_INPUT_LIB)\nkmain.lib $(SG_INPUT_LIB)\fulllibc.lib $(MAKECMD) /NOLOGO NOLIBC=1 kern.dll 从上述代码中可以发现，原来kern.dll动态库是从oemstub.lib编译而来，而且与nkmain.lib有关。 在理顺了上述文件的相互之间的关系之后，再来分析Windows CE 6.0的启动过程可能就比较容易啦。 在理清了上述文件的关系之后，便可以分析任意一款基于ARM微处理器的Windows CE 6.0的启动过程，现在以深圳亿道电子技术有限公司开发的基于PXA270 ARM开发平台为例，分析Windows CE 6.0操作系统启动过程。 1、Startup函数： 从Windows CE 6.0的帮助文档可以看出，WinCE6.0的启动只与oal.exe和kernel.dll有关，至于kitl.dll，只有将操作系统编译成具有 KITL功能时才用到。分析Windows CE 6.0的启动过程实际上找到编译oal.exe和kernel.dll的源码位置。 oal.exe的通过Startup函数完成硬件 的初始化。Startup.s代码与该硬件平台的Bootloader启动代码共用，其中PreInit函数主要完成将ARM处理器工作模式切换到管理员 模式、同时关闭MMU，并检测系统启动原因,如果是热启动、即在该函数调用之前已经启动了Bootloader程序，相当基本硬件初始化已经完成，则直接 跳转到OALStartUp函数中；否则需要进行硬件中断屏蔽、内存、系统时钟频率、电源管理等硬件的基本初始化过程。（具体过程见代码的分析） $(_PLATFORMROOT)\xsbase270\src\common\Startup\Startup.s LEAF_ENTRY StartUp bl PreInit tst r10, #RCSR_HARD_RESET beq OALStartUp tst r10, #RCSR_GPIO_RESET bne Continue_StartUp bl xlli_mem_init ;初始化内存控制器 ldr r0, =xlli_PMRCREGS_PHYSICAL_BASE; ldr r0, [r0, #xlli_PSPR_offset]; mov r1, r10; bl XllpPmValidateResumeFromSleep; cmp r0, #0; bne Failed_Sleep_Resume; Sleep_Reset ldr r0, =xlli_PMRCREGS_PHYSICAL_BASE; ldr r0, [r0, #xlli_PSPR_offset]; mov r1, r10; b XllpPmGoToContextRestoration; Failed_Sleep_Resume ldr r1, =xlli_RCSR_SMR bic r10, r10, r1 Continue_StartUp bl xlli_intr_init; ;初始化中断控制器 bl EnableClks; ;使能内核时钟(内存/OS定时器/FFART时钟之需) bl OALXScaleSetFrequencies ;设置系统频率 bl xlli_mem_Topt bl xlli_mem_restart ;复位内存，使其处于工作模式 bl xlli_ost_init ;初始化操作系统定时器 bl xlli_pwrmgr_init ;初始化电源管理 bl xlli_IMpwr_init ;初始化内部存储器 b ENTRY_END 2、OALStartUp函数： 在系统硬件初始化完毕之后，Startup调用 OALStartUp函数，OALStartUp函数主要完成将OEMAddressTable表传递给内核；然后调用KernelStart函数跳转到 内核OEMAddressTable表的主要作用表的每一个入口都定义了一个内存中的物理位置、内存的大小以及映射这物理地址的静态虚拟地址； ◆静态虚拟内存地址被定义在缓冲存储器的范围之内； ◆内核可以创建非缓冲的内存地址指向到相同的物理地址； ◆对于同一物理地址，既有一个缓冲的虚拟内存地址，也有一个非缓冲的虚拟内存地址； ◆OEMAddressTable最后必须以0结尾； ◆对于MIPS和SHx类型的CPU，物理地址与虚拟地址的映射由CPU完成，无需创建OEMAddressTable $(_PLATFORMROOT)\xsbase270\src\Inc\ Oemaddrtab_cfg.inc)： $(_PLATFORMROOT)\xsbase270\src\oal\OalLib\Startup.s 3、KernelStart函数主要作用： ◆完成OEMAddressTable表中的物理地址到虚拟地址和虚拟地址到物理地址之间的映射； ◆对存储器页表和内核参数区存储空间（RAM或DRAM）进行清零处理。 ◆读出CPU的ID号，内核需要根据该ID决定ARM的MMU处理，因为ARMV6和ARMV6之前的ARM处理器的MMU处理过程有所区别； ◆设置并开启MMU和Cache，因为在Startup函数关闭MMU和Cache； ◆设置ARM处理器工作模式的SP指针，ARM处理器共用7种不同的工作模式 （USER、FIQ、IRQ、Supervisor、Abort、Undefined、System），除用户模式(USER)和系统模式 （System）之外，其他5种工作模式都有具有特定的SP指针寄存器（ARM处理器称其为影子寄存器）； ◆读取内核启动所需要的KDataStruct结构体； ◆调用ARMInit函数重新定位Windows CE内核参数pTOC和初始化OEMInitGlobals全局变量； ◆利用mov pc, r12指令跳转到kernel.dll的入口位置，即NKStartup函数中。 $(_PRIVATEROOT)WINCEOS\COREOS\NK\LDR\ARM\armstart.s 4、ARMInit函数： 在ARMInit之前，系统仍无法使用全局变量， 因为系统的全局还在ROM区域，对于操作系统而言，出于安全考虑，只有XIP程序才有读取ROM区域数据的权利，对于大部分Windows CE 操作系统，只有将数据拷贝到RAM区域后才能进行读写，ARMInit函数中通过调用KernelRelocate函数对pTOC全局变量重新定位，定位 之后，对内核启动所需要的KDataStruct结构体进行初始化，其中OEMInitGlobals便是交换oal.exe和kernel.dll之间 的全局指针，ARMInit函数返回kernel.dll的入口位置。并在KernelStart函数最后利用mov pc, r12指令跳转到kernel.dll的入口位置，即NKStartup函数中。 $(_PRIVATEROOT)WINCEOS\COREOS\NK\LDR\ARM\arminit.c 5、NKStartup函数： 硬件平台初始化完成后，oal.exe的启动任务基本完成，余下的启动工作由内核相关且独立于内核的OAL层实现体kernel.dll接管。kernel.dll主要作用： ◆从结构体参数KDataStruct * pKData提取内核启动时所必须的全局变量，同时初始化内核全局变量； ◆定位对Windows CE 6.0特有的OEMGLOBAL结构体的初始化函数OEMInitGlobals地址，该结构体构建了内核和OAL层之间进行通信的桥梁。在 OEMGLOBAL结构体定义了OAL层所必须的函数，该结构体在oemglobal.c文件中被初始化，并被编译在OEMMain.lib和 OEMMain_StaticKITL.lib两个库中，如果OAL链接这两个库，则必须要有该结构体中函数实现体； ◆通过调用ARMSetup设置物理地址和非缓冲的虚拟内存地址的映射、ARM中断向量以及内核模式所需要的堆栈。 ◆调用OEMInitDebugSerial函数初始化调试串口； ◆调用OEMInit进行平台初始化； 需要注意的时，NKStartup函数调用OEMInitDebugSerial和 OEMInit函数的过程与Windows CE 6.0之前的版本完全不同，这是因为在Windows CE 6.0以前的版本中，由于内核（kernel）、OAL和KITL编译在一个可执行的文件中，它们之间的共享变量只需简单利用extern关键字申明便可 相互之间进行访问，而在Windows CE 6.0中，由于内核（kernel）、OAL和KITL被编译成不同的可执行文件，变量之间的相互访问无法使用extern关键字实现共享，即内核无法使 用extern DWORD varX方法访问OAL层的变量varX，当然OAL层的实现体同样无法通过同样的方式访问内核变量。为实现内核和OAL访问共享信息，Windows CE 6.0定义了OEMGLOBAL和GLOBAL两个结构体。 在 Windows CE 6.0的内核启动时，OS找到OAL的入口位置，然后调用入口函数与全局块进行指针交换，这样内核才能使用OAL层中的信息，同样OAL层才能访问内核（kernel）导出的函数。 所以上述两个函数的调用实际上通过OEMGLOBAL结构体实现的。实际调用位置为$(_PRIVATEROOT)\winceos\coreos \nk\oemstub\oemstub.c中的OEMInitDebugSerial和OEMInit，这两个函数中通过OEMGLOBAL结构体指针 访问OAL层中的OEMInitDebugSerial和OEMInit。 首先看一下将WinCE6.0编译成诸如WinCE5.0所说的基本内核情况，即kern.exe。对于oal.exe源码位置比较容易找到，因为 oal.exe是启动代码与硬件相关的OAL层实现文件编译而成，所以只需在BSP的OAL目录中便能找到。而对于kernel.dll，在BSP目录结 构中，基本上无法找到kernel.dll的编译文件，所以必须从其他方面着手。 调用KernelFindMemory()函数分割RAM区域，在Windows CE操作系统中，RAM空间主要分为存储内存和程序内存，存储内存主要为文件的存储空间，包括内核文件和复制到系统中所有目标文件，程序内存为运行程序时所需要的存储空间。 ◆KernelStart ()启动内核。 $(_PRIVATEROOT)\WINCEOS\COREOS\NK\KERNEL\ARM\mdarm.c void NKStartup (struct KDataStruct * pKData) { 。。。。 } 6、KernelSstart函数： 这里的KernelStart函数与前面的KernelStart函数的属于两个完全不 同的函数，NKStartup函数中调用的KernelStart函数为$(_PRIVATEROOT)\WINCEOS\COREOS\NK \KERNEL\ARM\armtrap.s文件中的KernelStart函数，主要完成调用内核初始化函数KernelInit，并跳转到操作系统的 第一个启动的任务。 LEAF_ENTRY KernelStart ldr r4, =KData ; (r4) = ptr to KDataStruct ldr r0, =APIRet str r0, [r4, #pAPIReturn] ; set API return address mov r1, #SVC_MODE msr cpsr_c, r1 ; switch to Supervisor Mode w/IRQs enabled CALL KernelInit ; initialize scheduler, etc. mov r0, #0 ; no current thread mov r1, #ID_RESCHEDULE b FirstSchedule ENTRY_END 7、KernelInit函数： Windows CE 6.0的内核初始化函数同其他版本的内核初始化函数基本相近，主要完成在启动第一个线程前对内核进行初始化，主要包括API函数集初始化、堆的初始化、初始化内存池、进程初始化、线程初始化和文件映射初始化等操作。 void KernelInit (void) 。。。{ } 8、FirstSchedule： FirstSchedule函数为Windows CE操作系统启动过程中最后无条件跳转的一个函数，windows CE进行第一个调度，实际为一个空闲线程，因为windows CE系统还没有完成启动，只有当windows CE完全启动并进入稳定状态，然后启动文件系统filesys.dll,设备管理device.dll,窗体图像子系统gews.dll和shell程序 explore.exe。
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